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JP4521779B2 - Series winding motor and control method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、動作を中断させるための無接点式切り換え素子を有する直巻きモータに関し、その素子は、電子スイッチの形で具現される。   The present invention relates to a series motor having a contactless switching element for interrupting operation, which element is embodied in the form of an electronic switch.

工作機械は一般的に、直巻きモータ(交直両用モータ)として構成された電気モータによって駆動されて、機械的スイッチによって制御される。工作機械でも電子機器がますます一般化しているが、工作機械をオン及びオフに切り換える働きもする電力半導体のみによる工作機械の制御は、信頼性が不十分であると考えられる。その理由は、半導体は故障(内部短絡)する可能性があり、その場合、もはや制御できなくなるからである。単一の切り換え路だけを有する純粋電子スイッチの場合、発生しうることは、供給電圧とモータとの間に永久接続が生じること、すなわち、モータをもはやオフに切り換えられることができない、又は直ちに回転し始めることである。   A machine tool is generally driven by an electric motor configured as a series-winding motor (a motor for both directions), and is controlled by a mechanical switch. Although electronic devices are becoming more and more common in machine tools, control of machine tools using only power semiconductors, which also serve to switch machine tools on and off, is considered unreliable. The reason is that the semiconductor can fail (internal short circuit), in which case it can no longer be controlled. In the case of a pure electronic switch with only a single switching path, what can happen is that a permanent connection occurs between the supply voltage and the motor, i.e. the motor can no longer be switched off or rotates immediately. Is to start doing.

電子スイッチだけを使用し、機械的スイッチを使用しない工作機械の十分に信頼できる制御を達成するために、従来技術では、モータをオン及びオフに切り換える制御スイッチに並列に回路ブレーカを配置することが既知であり、この回路ブレーカは、制御スイッチに何らかの故障がある場合、ヒューズを引きはずす(ドイツ特許第3119794C2号、ドイツ特許第3432845A1号、ドイツ特許第4021559C1号を参照されたい)。   In order to achieve sufficiently reliable control of machine tools that use only electronic switches and no mechanical switches, the prior art allows a circuit breaker to be placed in parallel with the control switch that switches the motor on and off. Known, this circuit breaker trips the fuse if there is any failure in the control switch (see German Patent 3119794C2, German Patent 3432845A1, German Patent 40215559C1).

しかしながら、この種類の回路は、装置及び電子切り換え素子の部分に不規則挙動が検出される時だけ、確実に動作し、器具を規定のオフ状態に入れることができ、また、器具を規定のオフ状態に入れるために、保護回路内のいずれの故障も検出することができる。   However, this type of circuit works reliably only when irregular behavior is detected in the device and part of the electronic switching element, and the instrument can be put into a defined off state, and the instrument can be switched off in a defined off state. Any fault in the protection circuit can be detected to enter the state.

従来技術では、ドイツ特許第3119794C2号だけが、保護回路内に発生する故障の問題に取り組んでいるが、この発明は、オペレータが時々押しボタンを押すことによって保護回路を試験することを必要とする。   In the prior art, only German Patent 3119794C2 addresses the problem of faults occurring in the protection circuit, but this invention requires the operator to test the protection circuit from time to time by pressing a push button. .

したがって、本発明の目的は、直巻きモータ、及び直巻きモータの制御方法であって、機械的切り換え素子をなくしながら、電子スイッチだけを使用してモータを確実にオン及びオフに切り換えることができる方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is a direct-winding motor and a method for controlling the direct-winding motor, and the motor can be reliably switched on and off using only an electronic switch while eliminating a mechanical switching element. Is to provide a method.

この目的は、交流用の直巻きモータ、特に工作機械のための交流用の直巻きモータであって、モータをオン及びオフに切り換えるための第1電子スイッチ(制御スイッチ)と、制御スイッチに直列に接続された第2電子スイッチ(回路ブレーカ)と、電子スイッチの機能を監視して、制御スイッチ及び回路ブレーカの接続点の電位を分析する監視回路とを備え、さらに、電子コントローラ、好ましくはマイクロプロセッサが2つの電子スイッチ及び監視回路に結合され、かつ監視回路が電子スイッチの一方の故障を記録したとき、電子スイッチの少なくとも一方をブロック状態に強制的に入れる直巻きモータによって達成される。 The purpose is an AC series winding motor, in particular an AC series winding motor for a machine tool, in which a first electronic switch (control switch) for switching the motor on and off and a control switch are connected in series. A second electronic switch (circuit breaker) connected to the control circuit, and a monitoring circuit for monitoring the function of the electronic switch and analyzing the potential at the connection point of the control switch and the circuit breaker, and further comprising an electronic controller, preferably a micro processor is coupled to the two electronic switches and monitoring circuits, and the monitoring circuit when the recorded failure of one of the electronic switches, is achieved in the block state of at least one of the electronic switch by forcing put straight winding motor.

本発明の技術的な問題は、このようにして完全に解決される。   The technical problem of the present invention is thus completely solved.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

本発明によれば、2つの電子スイッチ、すなわち1つの制御スイッチ及び1つの回路ブレーカが直列に接続されていることから、2つのスイッチの一方が故障したときでも、モータをオン及びオフに確実に切り換えることができる。監視回路により、制御スイッチ及び/又は回路ブレーカの故障を確実に検出することができ、また、確実にモータを安全オフ状態に強制的に入れることができる。このことは、システムの手動監視がもはや必要ないことを意味する。代わりに、モータをオンに切り換えるとき、故障の試験が自動的に行われ、故障が検出されなかったという条件でのみ、オンへの切り換えが可能である。   According to the present invention, two electronic switches, ie one control switch and one circuit breaker, are connected in series, so that even if one of the two switches fails, the motor is reliably turned on and off. Can be switched. The monitoring circuit can reliably detect a failure of the control switch and / or circuit breaker, and can reliably force the motor into a safe off state. This means that manual monitoring of the system is no longer necessary. Instead, when the motor is switched on, a fault test is automatically performed and can be switched on only under the condition that no fault has been detected.

本発明の有利な発展では、モータを始動させる必要なく制御スイッチの機能試験を実施できるようにするために、回路ブレーカの切り換え路を高インピーダンスでブリッジするための手段が設けられる。   In an advantageous development of the invention, means are provided for bridging the circuit breaker switching path with high impedance so that a functional test of the control switch can be carried out without having to start the motor.

これにより、制御スイッチが故障している場合、初期機能試験中に回路ブレーカが励起された際に、モータがすぐに始動することが防止される。回路ブレーカの切り換え路の両端のこの高インピーダンスブリッジにより、制御スイッチが故障している場合、モータが始動するという危険を生じることなく、回路ブレーカを安全に試験することができる。   This prevents the motor from starting immediately when the circuit breaker is energized during the initial function test if the control switch is faulty. This high impedance bridge at both ends of the circuit breaker switching path allows the circuit breaker to be tested safely without the risk of starting the motor if the control switch fails.

回路ブレーカの切り換え路の両端の高インピーダンスブリッジ用の手段は、たとえば、抵抗器を介して回路ブレーカの主端子に並列に接続された、好ましくはオプトトライアックを備えるオプトカプラを有することができる。   The means for the high-impedance bridge at both ends of the circuit breaker switching path can comprise, for example, an optocoupler, preferably comprising an opto-triac, connected in parallel to the main terminal of the circuit breaker via a resistor.

回路ブレーカの試験中に制御スイッチが故障している場合、モータがすぐに始動することを防止する別の方法は、モータの回転を監視するための手段であって、該手段は、コントローラに結合され、制御スイッチが励起されてない状態で回路ブレーカが励起されたときにモータが始動する場合、2つのスイッチの少なくとも一方をブロック状態に強制的に入れることができる、手段を設けることである。   Another way to prevent the motor from starting immediately if the control switch fails during a circuit breaker test is a means for monitoring the rotation of the motor, which means is coupled to the controller And providing a means by which at least one of the two switches can be forced into a blocking state if the motor starts when the circuit breaker is energized with the control switch not energized.

これも同様に、回路ブレーカの試験中に制御スイッチが故障した場合、モータがすぐに始動する危険を回避する。   This likewise avoids the danger of the motor starting immediately if the control switch fails during a circuit breaker test.

モータの回転を監視するための手段は、回転速度センサの形で具現されることができるか、モータの電流を監視することができる。後者の場合、分流抵抗器が電機子に直列に接続され、抵抗器の両端の電圧降下が監視される。   The means for monitoring the rotation of the motor can be embodied in the form of a rotational speed sensor or can monitor the current of the motor. In the latter case, a shunt resistor is connected in series with the armature and the voltage drop across the resistor is monitored.

制御スイッチの両端の電位を監視するための監視回路の構成にはさまざまな選択肢がある。   There are various options for the configuration of the monitoring circuit for monitoring the potential across the control switch.

トランジスタ、ダイオード及び2つの抵抗器を有する回路が従来技術、たとえば米国特許第6,236,177B1号から既知であるが、本発明は、はるかにより簡単な回路を好む。   A circuit with a transistor, a diode and two resistors is known from the prior art, for example US Pat. No. 6,236,177B1, but the present invention prefers a much simpler circuit.

本発明の好適な発展では、監視回路は、直列に接続された2つの抵抗器を有する分圧器を有し、第1抵抗器は、補助供給電圧の第1極に接続され、第2抵抗器は、制御スイッチの主端子の一方及び補助電圧の第2極に接続されており、2つの抵抗器間の接続点は、第3抵抗器を介して制御スイッチの他方の主端子に接続され、監視回路の出力としてコントローラの入力端子に供給される。   In a preferred development of the invention, the monitoring circuit comprises a voltage divider with two resistors connected in series, the first resistor being connected to the first pole of the auxiliary supply voltage, and the second resistor Is connected to one of the main terminals of the control switch and the second pole of the auxiliary voltage, and the connection point between the two resistors is connected to the other main terminal of the control switch via the third resistor, The output of the monitoring circuit is supplied to the input terminal of the controller.

これにより、3つの抵抗器と、いずれにしても電子機器に必要である供給電圧とを使用するだけで、確実な監視を達成することができる。   As a result, reliable monitoring can be achieved simply by using three resistors and in any case the supply voltage required for the electronic device.

本発明の代替実施形態によれば、特に工作機械用の直巻きモータであって、ヒューズを有し、このヒューズを介して電機子が第1電子スイッチ(制御スイッチ)を介して供給電圧に接続され、それにより、モータをオン及びオフに切り換えることができ、電機子及び制御スイッチに並列に接続され、故障の際にヒューズを引きはずすことができる第2電子スイッチ(回路ブレーカ)を有し、スイッチに結合された電子コントローラ、好ましくはマイクロプロセッサを有し、回路ブレーカをブロックし、かつブロック状態で回路ブレーカの機能を試験するための手段を有し、制御スイッチでの電圧降下を分析する監視回路であって、その出力信号が電子コントローラに供給され、監視回路が制御スイッチの故障を記録した場合、回路ブレーカがヒューズを引きはずすことを強制する監視回路とを有する、直巻きモータによって目的が達成される。 According to an alternative embodiment of the invention, a series-winding motor, in particular for a machine tool , having a fuse, through which the armature is connected to the supply voltage via a first electronic switch (control switch) Thereby having a second electronic switch (circuit breaker) that can switch the motor on and off, connected in parallel to the armature and the control switch, and capable of removing the fuse in the event of a failure; A monitor having an electronic controller, preferably a microprocessor, coupled to the switch, having means for blocking the circuit breaker and testing the function of the circuit breaker in the blocked state, and analyzing the voltage drop at the control switch A circuit breaker, if its output signal is supplied to the electronic controller and the monitoring circuit records a failure of the control switch, That having a monitoring circuit that forces the tripping the Yuzu the object is achieved by direct winding motor.

このようにしても、本発明の技術的問題が完全に解決される。   Even in this case, the technical problem of the present invention is completely solved.

従来技術では、故障の際に回路ブレーカの機能を試験することはできなかったが、本発明に従ってヒューズを引きはずすために回路ブレーカを並列に配置することから、回路ブレーカを最初にブロックし、次に、ヒューズを引きはずすことなく、安全に試験をすることができる。   In the prior art, it was not possible to test the function of the circuit breaker in the event of a failure, but because the circuit breaker was placed in parallel to remove the fuse according to the present invention, the circuit breaker was blocked first and then In addition, it is possible to test safely without removing the fuse.

この目的のために、本発明の好適な発展では、回路ブレーカをその制御電流の測定によって試験するために導通させることができる、エミッタ及びコレクタを有するトランジスタを、制御端子と回路ブレーカの主端子との間に接続し、回路ブレーカの試験中にヒューズが引きはずされることを防止する。   For this purpose, in a preferred development of the invention, a transistor having an emitter and a collector, which can be conducted to test the circuit breaker by measuring its control current, comprises a control terminal and a main terminal of the circuit breaker. To prevent the fuse from being pulled out during circuit breaker testing.

本発明の別の有利な実施形態によれば、電子スイッチは、トライアックとして具現される。   According to another advantageous embodiment of the invention, the electronic switch is embodied as a triac.

したがって、交流であっても、ほぼ電力損失を伴わないで高負荷を切り換えることができ、また同時に、電力の調整及びモータの速度の制御を行うためにも制御スイッチを使用することができるという利点がこれにある。   Therefore, even in the case of alternating current, it is possible to switch a high load with almost no power loss, and at the same time, it is possible to use a control switch for adjusting power and controlling motor speed. There is this.

方法に関して、本発明の目的はさらに、交流用の直巻きモータ、好ましくは工作機械のための交流用の直巻きモータを制御する方法であって、
(a)モータを交流用の供給電圧に、モータをオン及びオフに切り換えるための第1電子スイッチ(制御スイッチ)を介して第2電子スイッチ(回路ブレーカ)と直列に接続するステップと、
(b)制御スイッチの両端の電位を監視するステップと、
(c)スイッチの両方がオフ状態にあるとき、制御スイッチの両端の電位が所定閾値範囲外の値をとる場合、スイッチをブロックするステップと、
(d)スイッチの両方がオフ状態にあるとき、制御スイッチの両端の電位が閾値範囲内にある場合、最初に回路ブレーカをオンに切り換えるステップと、
(e)制御スイッチの両端の電位が閾値範囲外の値をとる場合、制御スイッチをオンに切り換えるステップと、
(f)制御スイッチの両端の電位が閾値範囲外の値をとらない場合、両方のスイッチをブロックするステップと、
を含む方法で達成される。
For the method, object of the present invention is further direct winding motor for AC, preferably a method of controlling a direct winding motor for AC for machine tools,
(A) connecting the motor to a supply voltage for alternating current in series with a second electronic switch (circuit breaker) via a first electronic switch (control switch) for switching the motor on and off;
(B) monitoring the potential across the control switch;
(C) when both of the switches are in an off state, if the potential across the control switch takes a value outside a predetermined threshold range, blocking the switch;
(D) when both switches are in the off state, if the potential across the control switch is within the threshold range, first turning on the circuit breaker;
(E) when the potential across the control switch takes a value outside the threshold range, turning the control switch on;
(F) blocking both switches if the potential across the control switch does not take a value outside the threshold range;
Achieved by a method comprising:

発明によれば、回路ブレーカが適正に働いているかを判断するために、制御スイッチをオンに切り換える前に、最初に機能試験を行う。そうである場合、続いて、モータを動作させるために制御スイッチをオンに切り換えることができる前に、制御スイッチを試験する。   According to the invention, a functional test is first performed before switching on the control switch to determine if the circuit breaker is working properly. If so, then the control switch is tested before it can be turned on to operate the motor.

このようにして、回路ブレーカ及び/又は制御スイッチの故障を確実に検出することができる。そのような場合、モータは始動することができないので、回路ブレーカ又は制御スイッチの切断は危険を及ぼさない。試験中、制御スイッチ及び回路ブレーカが正確に働いているかを判断するために、電子コントローラの入力端子に対向入力信号が必要とされることから、監視回路の個別部品のいずれの短絡又は切断も、結果的に安全オフ状態をもたらす。ドライバ回路の故障も検出される。これは、永久励起が、制御スイッチ又は回路ブレーカの短絡と同じ故障を生じるからである。励起がない場合、これは、制御スイッチ又は回路ブレーカの切断時と同じ挙動をもたらす。そのような場合、モータを始動させることができない。   In this way, faults in the circuit breaker and / or control switch can be reliably detected. In such a case, disconnection of the circuit breaker or control switch is not dangerous because the motor cannot be started. During testing, any short circuit or disconnection of individual components of the monitoring circuit is required because a counter input signal is required at the input terminal of the electronic controller to determine whether the control switch and circuit breaker are working correctly. As a result, a safety off state is brought about. Driver circuit faults are also detected. This is because permanent excitation causes the same failure as a short circuit of the control switch or circuit breaker. In the absence of excitation, this results in the same behavior as when the control switch or circuit breaker is disconnected. In such a case, the motor cannot be started.

発明の1つの有利な発展では、制御スイッチがオフの状態で回路ブレーカをオンに切り換えたときに電位が増加しない場合、回路ブレーカが直ちに再びオフに切り換えられる。   In one advantageous development of the invention, if the potential does not increase when the circuit breaker is switched on with the control switch turned off, the circuit breaker is immediately switched off again.

この場合、制御スイッチに故障が存在する。回路ブレーカを直ちにオフに切り換えることにより、モータの始動が防止される。   In this case, a fault exists in the control switch. By switching off the circuit breaker immediately, the motor is prevented from starting.

この目的のために、発明の方法のさらなる発展によれば、モータの回転を監視し、制御スイッチがオフの状態で回路ブレーカをオンに切り換えたときにモータの回転が記録される場合、モータを直ちに再びオフに切り換える。   For this purpose, according to a further development of the inventive method, the motor rotation is monitored and the motor rotation is recorded if the motor rotation is recorded when the circuit breaker is switched on with the control switch off. Immediately switch off again.

代替実施形態では、制御スイッチを試験するために、最初に回路ブレーカを高インピーダンスでブリッジして、試験を実施し、制御スイッチの両端の電位が所定閾値まで増加するかを判断する。   In an alternative embodiment, to test the control switch, the circuit breaker is first bridged with high impedance and the test is performed to determine if the potential across the control switch increases to a predetermined threshold.

このように、故障がある場合でも、制御スイッチの試験中のモータの始動を安全に防止することができる。   Thus, even if there is a failure, it is possible to safely prevent the motor from starting during the test of the control switch.

代替として、本発明の目的は、直巻きモータ、好ましくは工作機械用の直巻きモータを制御する方法であって、
(a)モータを供給電圧に、ヒューズとモータをオン及びオフに切り換えるための第1電子スイッチ(制御スイッチ)とを介して接続し、第2電子スイッチ(回路ブレーカ)を供給電圧にヒューズを介して接続するステップと、
(b)制御スイッチをオンに切り換える前に、最初に回路ブレーカをブロックして、回路ブレーカを励起して制御電流を試験することにより、回路ブレーカが働くかかを試験するステップと、
(c)回路ブレーカの励起が適正に働いていることがわかった場合、回路ブレーカのブロックを除去し、かつモータをオンに切り換えるために制御スイッチをオンに切り換えるステップと、
(d)ステップ(b)の途中で故障が検出された場合、制御スイッチの励起をブロックするステップと、
(e)制御スイッチでの電圧降下を監視し、制御スイッチをオフに切り換えたときの電圧降下が、所定閾値を超えて増加しない場合、ヒューズを引きはずすために回路ブレーカをトリガするステップと、
を含む方法で達成される。
Alternatively, an object of the present invention is a method for controlling a series motor, preferably a machine motor for a machine tool, comprising:
(A) The motor is connected to the supply voltage, the fuse and the first electronic switch (control switch) for switching the motor on and off, and the second electronic switch (circuit breaker) is connected to the supply voltage via the fuse. Connecting and
(B) testing whether the circuit breaker works by first blocking the circuit breaker and energizing the circuit breaker to test the control current before turning on the control switch;
(C) if it is found that the circuit breaker excitation is working properly, removing the circuit breaker block and turning on the control switch to turn on the motor;
(D) if a failure is detected during step (b), blocking the excitation of the control switch;
(E) monitoring the voltage drop at the control switch and triggering a circuit breaker to trip the fuse if the voltage drop when the control switch is switched off does not increase beyond a predetermined threshold;
Achieved by a method comprising:

このように、回路ブレーカを並列に接続することにより、制御スイッチをオンに切り換える前に、回路ブレーカ用のドライバ回路の故障を試験し、また制御スイッチが故障した場合、動作を停止させることができる。   Thus, by connecting the circuit breakers in parallel, the circuit breaker driver circuit can be tested for failure before the control switch is turned on, and if the control switch fails, the operation can be stopped. .

以上に述べた、また以下に説明する本発明の特徴は、本発明の範囲から逸脱しない限り、それぞれの場合に指定された組み合わせだけでなく、他の組み合わせで、または単独でも適用されることができることは自明である。   The features of the invention described above and described below may be applied not only in the combinations specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention. It's obvious what you can do.

本発明のさらなる利点及び特徴が、図面を参照した好適な実施形態の以下の説明から明らかである。   Further advantages and features of the present invention are apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

図1は、直巻きモータ回路の形の、本発明による電気モータを示し、その全体が参照番号10で表されている。   FIG. 1 shows an electric motor according to the invention in the form of a series-winding motor circuit, which is indicated in its entirety by the reference numeral 10.

モータ10は、交流電圧源の2つの電極24及び26から230Vを供給される。モータ10は、電機子12を有し、その界磁巻線(図示せず)が直列に巻装されて、供給電圧の一方の電極24に接続されている。電機子12の他方の電極は、直列の2つのトライアック、すなわち回路ブレーカ16及び制御スイッチ14を介して供給電圧の他方の電極26に接続されている。制御スイッチ14及び回路ブレーカ16の制御端子28及び30は、マイクロプロセッサの形の電子コントローラ18の端子に接続されている。電子コントローラ18も同様に、供給電圧源の2つの電極24及び26に接続され、また追加的に供給直流(この供給電圧が電子コントローラ18内にまだ組み込まれていない場合)を供給される。監視回路20も、一方で制御スイッチ14及び回路ブレーカ16の間に接続され、また他方で供給電圧源の第2極26に接続されており、この監視回路は、一方で制御スイッチ14及び回路ブレーカ16間の電位を監視し、また他方で供給電圧源の第2極26を監視し、監視回路の出力部は、線32を介して電子コントローラ18の入力端子22(ピン1)に結合されている。   The motor 10 is supplied with 230 V from the two electrodes 24 and 26 of the AC voltage source. The motor 10 has an armature 12, and its field winding (not shown) is wound in series and connected to one electrode 24 of the supply voltage. The other electrode of the armature 12 is connected to the other electrode 26 of the supply voltage via two triacs in series, that is, the circuit breaker 16 and the control switch 14. The control switches 14 and control terminals 28 and 30 of the circuit breaker 16 are connected to terminals of an electronic controller 18 in the form of a microprocessor. The electronic controller 18 is likewise connected to the two electrodes 24 and 26 of the supply voltage source and is additionally supplied with a supply direct current (if this supply voltage is not yet integrated in the electronic controller 18). The monitoring circuit 20 is also connected on the one hand between the control switch 14 and the circuit breaker 16 and on the other hand to the second pole 26 of the supply voltage source, which on the one hand is connected to the control switch 14 and the circuit breaker. 16 monitors the potential between 16 and on the other hand the second pole 26 of the supply voltage source, the output of the monitoring circuit being coupled via line 32 to the input terminal 22 (pin 1) of the electronic controller 18. Yes.

制御スイッチ14の位相制御により、電子コントローラ18はまた、モータのオン切り換え時にソフトスタータの機能を、またモータ動作中には速度及び/又は動力制御の機能を、実質的に既知のやり方で実行する。   Due to the phase control of the control switch 14, the electronic controller 18 also performs a soft starter function when the motor is switched on and a speed and / or power control function during motor operation in a substantially known manner. .

監視回路20により、制御スイッチ14及び回路ブレーカ16の両方が支障なく働いていることを確認するために、電気モータ10をオンに切り換える前に、ここで機能試験を実施することが可能である。   In order for the monitoring circuit 20 to confirm that both the control switch 14 and the circuit breaker 16 are working without problems, a functional test can now be carried out before switching on the electric motor 10.

図2は、監視回路20の好適な実施形態を示す。電子コントローラ18用の供給電圧VCCでよい補助電圧が、分圧器を介して制御スイッチ14の一方の主端子に供給され、この主端子は、交流電源の第2電極26に接続されている。分圧器は、抵抗器R及びRからなる。分圧器のタップは、コントローラ18の入力端子22(ピン1)に接続されている。分圧器のタップは、第3抵抗器Rを介して制御スイッチ14及び回路ブレーカ16間の接続点にも結合されている。 FIG. 2 shows a preferred embodiment of the monitoring circuit 20. An auxiliary voltage, which may be the supply voltage VCC for the electronic controller 18, is supplied to one main terminal of the control switch 14 via a voltage divider, and this main terminal is connected to the second electrode 26 of the AC power supply. The voltage divider consists of resistors R 1 and R 2. The voltage divider tap is connected to the input terminal 22 (pin 1) of the controller 18. Tap of the voltage divider is also coupled to a connection point between the third resistor controlled via the R 3 switch 14 and circuit breaker 16.

そのような監視回路は、3つの部品だけを使用して制御スイッチ14の両端の電位を監視する非常に簡単な方法を与える。   Such a monitoring circuit provides a very simple way to monitor the potential across control switch 14 using only three components.

本発明の代替実施形態では、米国特許第6,236,177B1号から既知の監視回路などの他の監視回路を使用することも可能である。そのような回路が図3に示されており、ここでは参照番号20’で表されている。しかしながら、図2に示されているような監視回路が、そのより簡単な構造のために好ましい。   In alternative embodiments of the invention, other monitoring circuits such as those known from US Pat. No. 6,236,177 B1 may be used. Such a circuit is shown in FIG. 3 and is here designated by reference numeral 20 '. However, a monitoring circuit as shown in FIG. 2 is preferred because of its simpler structure.

本発明による電気モータの変更実施形態が図4に示されており、ここではその全体が番号10aで表されている。これや、以下に説明するさらなる変更では、対応の参照番号が対応部分に使用される。   A modified embodiment of the electric motor according to the present invention is shown in FIG. 4, which is here designated in its entirety by the number 10a. In this and further modifications described below, corresponding reference numbers are used for corresponding parts.

電気モータ10aと図1の電気モータ10の実施形態との唯一の違いは、回路ブレーカ16の高インピーダンスブリッジ用の手段36が追加的に設けられていることである。回路ブレーカ16の高インピーダンスブリッジ用のこの手段36は、抵抗器Rを介して回路ブレーカ16の主端子に並列に接続されたオプトトライアック38からなる。オプトトライアック38は、LED40によって励起される。 The only difference between the electric motor 10a and the embodiment of the electric motor 10 of FIG. 1 is that an additional means 36 for the high impedance bridge of the circuit breaker 16 is provided. The means 36 for the high impedance bridge circuit breaker 16 is composed of a resistor opto-triac 38 that is connected in parallel to the main terminals of the circuit breaker 16 through R 4. The opt triac 38 is excited by the LED 40.

図4は、電機子12と直列状態にある、参照番号13で表された2つの界磁巻線の一方も示している。   FIG. 4 also shows one of the two field windings, designated by reference numeral 13, in series with the armature 12.

直巻きモータ10又は10aの動作の仕方をここで説明する。   Here, how the direct winding motor 10 or 10a operates will be described.

図1及び図2に示された回路では、電気モータ10を最初にオンに切り換える前に、最初に初期試験を行い、それにより、線32を介してマイクロプロセッサ18の入力端子22(ピン1)に送られる監視回路20の出力電圧が、所定の閾値範囲内にあるかを判断する。これは、図2aにより詳細に見ることができる。供給電圧VCCをRの両端に印加し、Rの両端の電位がゼロである間、制御スイッチ14及び回路ブレーカ16間の接続点での交流電圧が、Rを介してピン1に供給される。制御スイッチ14及び回路ブレーカ16がオフ状態にあるとき、Rの両端に交流電圧がまったく加えられず、その結果、ピン1の電圧は、もっぱら分圧器R及びRとVCCとによって決まる。たとえば、VCC=5VかつR1=R2である場合、制御スイッチ14及び回路ブレーカ16が働いていなければ、ピン1での電圧があるべき閾値範囲が2.5V±0.5Vである。 In the circuit shown in FIGS. 1 and 2, an initial test is first performed before the electric motor 10 is first switched on, thereby causing the input terminal 22 (pin 1) of the microprocessor 18 via line 32. It is determined whether the output voltage of the monitoring circuit 20 sent to is within a predetermined threshold range. This can be seen in more detail in FIG. While the supply voltage VCC is applied across R 1 and the potential across R 2 is zero, an AC voltage at the connection between the control switch 14 and circuit breaker 16 is applied to pin 1 via R 3. Supplied. When the control switch 14 and the circuit breaker 16 is in the off state, the AC voltage across R 3 not is added at all, as a result, the voltage of pin 1 is determined by the exclusively divider R 1 and R 2 and V CC . For example, if V CC = 5V and R1 = R2, and the control switch 14 and circuit breaker 16 are not working, the threshold range where the voltage at pin 1 should be is 2.5V ± 0.5V.

そうである場合、この第1試験に合格している。この試験は、正半波及び負半波の両方についてブロッキング効果が試験されていることを確認する。   If so, the first test has been passed. This test confirms that the blocking effect has been tested for both positive and negative half waves.

そうでない場合、回路に故障がある。回路ブレーカ16が故障している、すなわち、短絡しているか、又は回路ブレーカ16用のドライバ回路が故障しているか、又は監視回路20が故障しているかのいずれかである。この場合、制御スイッチ14は励起されないで、マイクロプロセッサ18は安全故障状態(オフ状態)に切り換わる。   If not, there is a fault in the circuit. Either the circuit breaker 16 is faulty, i.e., shorted, the driver circuit for the circuit breaker 16 is faulty, or the monitoring circuit 20 is faulty. In this case, the control switch 14 is not energized and the microprocessor 18 switches to a safe fault state (off state).

第1試験に合格した場合、次に、図1に示されているように、オンに切り換え時に線30を介して回路ブレーカ16を励起する。この場合、ピン1の電圧が周期変動し、それにより、図2aに示されている閾値を超える場合、回路は適正に機能している。そうでなければ、故障している。制御スイッチ14に故障がある(短絡している)か、制御スイッチ14用のドライバ回路が故障しているか、監視回路20が故障しているかのいずれかである。   If the first test is passed, then the circuit breaker 16 is excited via line 30 when switched on, as shown in FIG. In this case, the circuit is functioning properly if the voltage at pin 1 fluctuates periodically, thereby exceeding the threshold shown in FIG. 2a. Otherwise it is out of order. Either the control switch 14 is faulty (short-circuited), the driver circuit for the control switch 14 is faulty, or the monitoring circuit 20 is faulty.

故障が存在する場合、回路ブレーカ16はできる限り迅速に再びオフに切り換えられ、マイクロプロセッサ18は安全故障状態(オフ状態)に切り換わる。   If a fault exists, the circuit breaker 16 is switched off again as soon as possible, and the microprocessor 18 switches to a safe fault state (off state).

制御スイッチ14又は回路ブレーカ16のいずれかの故障(短絡)が検出された場合、モータはオンに切り換わることができない。制御スイッチ14又は回路ブレーカ16が切断された場合、やはりモータは始動することができず、そのため、これは危険を及ぼさない。上記のようなモータ10用の回路により、監視回路の故障とともにドライバ回路の故障を検出することができる。試験中は、「合格」機能にはマイクロプロセッサ18の入力端子22(ピン1)に対向入力信号が必要とされることから、監視回路の個別部品のいずれの短絡又は切断も、結果的に安全オフ状態をもたらす。制御スイッチ14又は回路ブレーカ16のいずれかの永久励起は、制御スイッチ又は回路ブレーカの短絡と同じ故障をもたらす。マイクロプロセッサ18が、制御スイッチ14及び回路ブレーカ16を励起するために線28及び線30に制御信号を出力することができない場合、これは制御スイッチ14又は回路ブレーカ16の切断と同じ結果を生じる。この場合も、モータを始動させることができない。   If a failure (short circuit) of either the control switch 14 or the circuit breaker 16 is detected, the motor cannot be turned on. If the control switch 14 or the circuit breaker 16 is disconnected, the motor cannot again start, so this is not dangerous. With the circuit for the motor 10 as described above, the failure of the driver circuit can be detected together with the failure of the monitoring circuit. During testing, the “pass” function requires a counter input signal at the input terminal 22 (pin 1) of the microprocessor 18 so that any short circuit or disconnection of individual components of the monitoring circuit is consequently safe. Brings off state. Permanent excitation of either control switch 14 or circuit breaker 16 results in the same failure as a short circuit of the control switch or circuit breaker. If the microprocessor 18 is unable to output a control signal on line 28 and line 30 to excite the control switch 14 and circuit breaker 16, this produces the same result as disconnecting the control switch 14 or circuit breaker 16. In this case also, the motor cannot be started.

図1に従った回路では、制御スイッチ14が励起されていない状態で回路ブレーカ16が励起されたときに、第2試験中に故障が検出されると、回路ブレーカ16が直ちに再びオフに切り換えられることが重要である。第2試験中の故障の検出時に回路ブレーカ16をオフに切り換えることが遅れると、結果的にモータが始動し、これは一定の状況では不都合になるであろう。   In the circuit according to FIG. 1, if a fault is detected during the second test when the circuit breaker 16 is energized with the control switch 14 not energized, the circuit breaker 16 is immediately switched off again. This is very important. A delay in switching off the circuit breaker 16 upon detection of a failure during the second test will eventually start the motor, which may be inconvenient in certain circumstances.

この可能性を排除するために、図4のモータ10aは、回路ブレーカ16の高インピーダンスブリッジ用の手段36も備えている。   In order to eliminate this possibility, the motor 10a of FIG. 4 also comprises means 36 for the high impedance bridge of the circuit breaker 16.

試験1が完了した(回路ブレーカ及び監視回路が励起されていないときにピン1の電圧が閾値範囲内にある)とき、回路ブレーカ16は、励起されるのではなく、回路36に助けられて高インピーダンスでブリッジされるだけである。このように、制御スイッチ16が短絡している場合、モータが直ちに始動するという危険を生じることなく、制御スイッチ16の機能試験を実施することが可能である。   When test 1 is complete (the voltage at pin 1 is within the threshold range when the circuit breaker and monitoring circuit are not energized), the circuit breaker 16 is not energized, but is assisted by circuit 36 to It is only bridged by impedance. Thus, when the control switch 16 is short-circuited, it is possible to carry out a function test of the control switch 16 without causing the danger that the motor will start immediately.

制御スイッチ16の高インピーダンスブリッジ用の回路36の代替として、モータの回転速度を監視する手段が、図5にさらなる変更形として示されており、その全体が参照番号10bで表されている。   As an alternative to the circuit 36 for the high impedance bridge of the control switch 16, means for monitoring the rotational speed of the motor is shown as a further modification in FIG.

この目的のために、分流抵抗器Rを界磁巻線13と直列に設けることができる。第2試験中に、すなわち制御スイッチ14を試験するために回路ブレーカ16をオンに切り換えるとき、交流電圧の電極26と線52との間の分流抵抗器Rの両端での圧力降下が記録されると、回路ブレーカ16の励起が直ちに中断され、それによりモータの始動が防止される。 For this purpose, a shunt resistor R 5 can be provided in series with the field winding 13. During the second test, that is, when switching on the circuit breaker 16 in order to test the control switch 14, the pressure drop across the shunt resistor R 5 between the electrode 26 and the line 52 of the AC voltage is recorded Then, the excitation of the circuit breaker 16 is immediately interrupted, thereby preventing the motor from starting.

別法として(又は追加的に)、モータの回転子速度を監視する回転速度センサ54を、図5に破線で示したように設けることができるであろう。第2試験中に、すなわち制御スイッチ14を試験するために回路ブレーカ16が励起されたとき、回転速度センサ54が信号を受け取ると、回路ブレーカ16の励起が直ちに中断され、それにより、電気モータの回転が停止される。それ以外では、モータ10bの回路はモータ10aの回路と同じである。   Alternatively (or additionally), a rotational speed sensor 54 that monitors the rotor speed of the motor could be provided as shown in dashed lines in FIG. During the second test, i.e. when the circuit breaker 16 is energized to test the control switch 14, when the rotational speed sensor 54 receives a signal, the excitation of the circuit breaker 16 is immediately interrupted, thereby The rotation is stopped. Otherwise, the circuit of the motor 10b is the same as the circuit of the motor 10a.

本発明による電気モータの別の実施形態が図6に示され、その全体が番号10cで表されている。   Another embodiment of an electric motor according to the present invention is shown in FIG. 6 and is generally designated by the number 10c.

この場合、制御スイッチ14の故障の際に回路ブレーカ16によって引きはずされることができる溶融可能な安全器56が設けられている。この目的のために、回路ブレーカ16は、ヒューズ56の直後に、供給電圧源の2つの電極24及び26に並列に接続されている。制御スイッチ14の両端での電位降下は、上述したように、この場合は保護回路20によって監視される。監視回路20からの出力は、マイクロプロセッサ18のピン1に供給される。ヒューズ56が直ちに応答するであろうから、図6の回路では完全な機能試験が不可能であるが、それでも回路ブレーカ又はトライアック16のトリガを防止することにより、回路ブレーカ16用のドライバ回路を試験することができる。   In this case, a meltable safety device 56 is provided that can be removed by the circuit breaker 16 in the event of a failure of the control switch 14. For this purpose, the circuit breaker 16 is connected in parallel to the two electrodes 24 and 26 of the supply voltage source immediately after the fuse 56. In this case, the potential drop across the control switch 14 is monitored by the protection circuit 20 as described above. The output from the monitoring circuit 20 is supplied to pin 1 of the microprocessor 18. A complete functional test is not possible with the circuit of FIG. 6 because the fuse 56 will respond immediately, but the driver circuit for the circuit breaker 16 is still tested by preventing triggering of the circuit breaker or triac 16. can do.

この目的のために、トライアック16のゲート28は、2つの直列抵抗器R及びRを介してマイクロプロセッサ18の出力端子(ピン3)に接続されている。2つの抵抗器R、R間の接続点は、線62を介してマイクロプロセッサ18の測定入力部(ピン4)に接続されている。マイクロプロセッサ18の出力端子(ピン2)を介してベースが駆動されることができるトランジスタ60が、回路ブレーカ16のゲート28と供給電圧の電極26との間に配置されている。 For this purpose, the gate 28 of the triac 16 is connected to the output terminal of the microprocessor 18 (pin 3) via two series resistors R 6 and R 7. The connection point between the two resistors R 6 and R 7 is connected to the measurement input (pin 4) of the microprocessor 18 via a line 62. A transistor 60, whose base can be driven via the output terminal (pin 2) of the microprocessor 18, is arranged between the gate 28 of the circuit breaker 16 and the supply voltage electrode 26.

試験のために、監視回路20を最初に評価する。試験は、図2及び図2aに関連して説明したようにして行われる。この試験中に故障が検出されると、ヒューズ56を引きはずすために回路ブレーカ16がトリガされる。   For testing purposes, the monitoring circuit 20 is first evaluated. The test is performed as described in connection with FIGS. 2 and 2a. If a failure is detected during this test, the circuit breaker 16 is triggered to trip the fuse 56.

先の試験で故障が検出されない場合、次に回路ブレーカ16用のドライバ回路が以下のように試験される。   If no failure is detected in the previous test, then the driver circuit for circuit breaker 16 is tested as follows.

第1ステップで、マイクロプロセッサ18のピン2を介してトランジスタ60のベース64に給電される。これは、トライアック16のトリガを防止する。ここで、ピン3を介してゲートパルスが出力され、それにより、トランジスタ60はトリガを防止する。ここで、抵抗器R、R間の電圧をマイクロプロセッサ18のピン4で検出することができる。ピン3での出力電圧は、供給電圧VCCにほぼ対応する。この時、ピン4に電圧がまったく印加されない場合、抵抗器R、Rのいずれか一方が切断されているか、ゲートパルスが出力されておらず、このことは故障の存在を意味する。抵抗器R、Rが同一であると仮定すると、ゲートトリガ電流が流れている間、供給電圧の約半分である1/2VCCがピン4に印加されなければならない。この場合、トライアック16用のドライバ回路が適正に動作している。ゲートパルスがピン3で出力されているときに全供給電圧VCCがピン4に印加される場合、抵抗器Rが切断されており、このことも、故障が存在することを意味する。 In the first step, power is supplied to the base 64 of the transistor 60 via pin 2 of the microprocessor 18. This prevents the triac 16 from triggering. Here, a gate pulse is output via pin 3, whereby transistor 60 prevents triggering. Here, the voltage across resistors R 6 and R 7 can be detected at pin 4 of microprocessor 18. The output voltage at pin 3 corresponds approximately to the supply voltage VCC . At this time, if no voltage is applied to the pin 4, either one of the resistors R 6 and R 7 is disconnected or the gate pulse is not output, which means that a fault exists. Assuming resistors R 6 and R 7 are identical, 1/2 V CC, which is approximately half the supply voltage, must be applied to pin 4 while the gate trigger current is flowing. In this case, the driver circuit for the triac 16 is operating properly. If all the supply voltage V CC is applied to the pin 4 when the gate pulse is output at pin 3, the resistor R 6 are disconnected, this also means that the fault is present.

故障が検出されない場合、ピン2を介したトランジスタ60の給電が中止され、それにより、動作中に回路ブレーカ又はトライアック16が働いて、故障の際に制御スイッチ14がヒューズ56を引きはずすことができる。次に、モータをオンに切り換えるために、制御スイッチ14をオンに切り換えることができる。制御スイッチ14がもはや励起されていない、すなわちゲートパルスが線30を介して出力されていない場合、制御スイッチ14の両端での電圧降下が所定の閾値より高くなければならない。そうでなければ、制御スイッチ14が故障している。制御スイッチ14をオフに切り換えるときにその故障が検出された場合、回路ブレーカ16が制御回路18のピン3を介してトリガし、それにより、ヒューズ56を引きはずす。   If a fault is not detected, the power supply of transistor 60 via pin 2 is discontinued, thereby enabling the circuit breaker or triac 16 to operate during operation and the control switch 14 to trip the fuse 56 in the event of a fault. . The control switch 14 can then be switched on to switch the motor on. If the control switch 14 is no longer excited, i.e., no gate pulse is being output via line 30, the voltage drop across the control switch 14 must be above a predetermined threshold. Otherwise, the control switch 14 has failed. If the fault is detected when switching the control switch 14 off, the circuit breaker 16 triggers via pin 3 of the control circuit 18, thereby tripping the fuse 56.

本発明による直巻きモータの第1実施形態を簡略化した回路図で示し、1 shows a simplified circuit diagram of a first embodiment of a series winding motor according to the present invention; 図1のモータに適した監視回路の好適な実施形態を示し、1 shows a preferred embodiment of a monitoring circuit suitable for the motor of FIG. 図2の監視回路の抵抗器Rの両端の入力電圧、及びピン1の関連の出力電圧のグラフを示し、Across the input voltage of the resistor R 3 of the monitoring circuit of Figure 2, and shows a graph of relation of the output voltage of pin 1, 図1のモータ用の監視回路の代替実施形態を示し、2 shows an alternative embodiment of the monitoring circuit for the motor of FIG. 図1の回路の変更例を示し、An example of modification of the circuit of FIG. 図1の回路のさらなる変更形を示し、1 shows a further modification of the circuit of FIG. ヒューズを引きはずすための並列回路ブレーカを有する、本発明の別の実施形態を示す。Fig. 4 shows another embodiment of the present invention having a parallel circuit breaker for tripping a fuse.

Claims (4)

直巻きモータ、特に工作機械用の直巻きモータであって、ヒューズ(56)を有し、このヒューズを介して電機子(12)が第1電子スイッチ(制御スイッチ)(14)を介して供給電圧に接続され、それにより、モータ(10c)をオン及びオフに切り換えることができ、電機子(12)及び制御スイッチ(14)に並列に接続され、故障の際にヒューズ(56)を引きはずすことができる第2電子スイッチ(回路ブレーカ)(16)を有し、スイッチ(14、16)に結合された電子コントローラ(18)、好ましくはマイクロプロセッサを有し、回路ブレーカ(16)をブロックし、かつブロック状態で回路ブレーカ(16)の機能を試験するための手段(16)と、制御スイッチ(14)での電圧降下を分析する監視回路(20)であって、その出力信号が電子コントローラ(18)に供給され、監視回路(16)が制御スイッチ(14)の故障を記録した場合、回路ブレーカ(16)がヒューズ(56)を引きはずすことを強制する監視回路(20)とを有する、直巻きモータ。  A direct-winding motor, particularly a direct-winding motor for a machine tool, having a fuse (56), through which an armature (12) is supplied via a first electronic switch (control switch) (14) Connected to the voltage, thereby enabling the motor (10c) to be switched on and off, connected in parallel to the armature (12) and the control switch (14) and tripping the fuse (56) in case of failure A second electronic switch (circuit breaker) (16) capable of, and having an electronic controller (18), preferably a microprocessor, coupled to the switches (14, 16) and blocking the circuit breaker (16). And means (16) for testing the function of the circuit breaker (16) in the block state and a monitoring circuit (20) for analyzing the voltage drop at the control switch (14) Thus, if the output signal is supplied to the electronic controller (18) and the monitoring circuit (16) records a failure of the control switch (14), the circuit breaker (16) forces the fuse (56) to be tripped. A direct-winding motor having a monitoring circuit (20). 回路ブレーカ(16)をその制御電流の測定によって試験するために導通させることができるトランジスタ(60)が、そのエミッタ及びコレクタで制御端子(28)と回路ブレーカ(16)の主端子(44)との間に接続され、回路ブレーカ(16)の試験中にヒューズ(56)が引きはずされることを防止するようにした、請求項に記載の直巻きモータ。A transistor (60) that can be turned on to test the circuit breaker (16) by measuring its control current comprises at its emitter and collector a control terminal (28) and a main terminal (44) of the circuit breaker (16). The series-winding motor according to claim 1 , wherein the series-winding motor is connected to prevent the fuse (56) from being removed during the test of the circuit breaker (16). スイッチ(14、16)は、トライアックとして具現される、請求項1又は2に記載の直巻きモータ。The direct winding motor according to claim 1 or 2 , wherein the switch (14, 16) is embodied as a triac. 直巻きモータ、好ましくは工作機械用の直巻きモータを制御する方法であって、
(a)電機子(12)を供給電圧に、ヒューズ(56)とモータをオン及びオフに切り換えるための第1電子スイッチ(制御スイッチ)(14)とを介して接続し、第2電子スイッチ(回路ブレーカ)(16)を供給電圧にヒューズ(56)を介して接続するステップと、
(b)制御スイッチ(14)をオンに切り換える前に、最初に回路ブレーカ(16)をブロックして、回路ブレーカ(16)を励起させて制御電流を試験することにより、回路ブレーカ(16)が働くかを試験するステップと、
(c)回路ブレーカ(16)が適正に働いていることがわかった場合、回路ブレーカ(16)のブロックを除去し、かつモータをオンに切り換えるために制御スイッチ(14)をオンに切り換えるステップと、
(d)ステップ(b)の途中で故障が検出された場合、スイッチ(14、16)を強制的にオフ状態に入れるステップと、
(e)制御スイッチ(14)での電圧降下を監視し、制御スイッチ(14)をオフに切り換えたときの電圧降下が、所定閾値を超えて増加しない場合、ヒューズ(56)を引きはずすために回路ブレーカ(16)をトリガするステップと、
を含む方法。
A method for controlling a series-winding motor, preferably a series-winding motor for a machine tool,
(A) The armature (12) is connected to the supply voltage via the fuse (56) and the first electronic switch (control switch) (14) for switching the motor on and off, and the second electronic switch ( Connecting a circuit breaker) (16) to a supply voltage via a fuse (56);
(B) Before switching on the control switch (14), the circuit breaker (16) is first blocked, and the circuit breaker (16) is energized to test the control current by exciting the circuit breaker (16). Testing to work,
(C) if the circuit breaker (16) is found to be working properly, removing the block of the circuit breaker (16) and turning on the control switch (14) to turn on the motor; ,
(D) if a failure is detected during step (b), forcibly turning the switches (14, 16) to the OFF state;
(E) To monitor the voltage drop at the control switch (14) and to trip the fuse (56) if the voltage drop when the control switch (14) is switched off does not increase beyond a predetermined threshold Triggering a circuit breaker (16);
Including methods.
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